PROE运动仿真教程

PROE机构仿真之运动分析

关键词：PROE仿真运动分析重复组件分析连接回放运动包络轨迹曲线

术语

创建机构前，应熟识下列术语在PROE中的定义：

主体(Body)-一个元件或彼此无相对运动的一组元件，主体内DOF=0。

连接(Connections)-定义并约束相对运动的主体之间的关系。

自由度(DegreesofFreedom)・允许的机械系统运动。连接的作用是约束主体之间

的相对运动，削减系统可能的总自由度。

拖动(Dragging)-在屏幕上用鼠标拾取并移动机构。

动态(Dynamics)-探讨机构在受力后的运动。

执行电动机(ForceMotor)■作用于旋转轴或平移轴上(引起运动)的力。

齿轮副连接(GearPairConnection)・应用到两连接轴的速度约束。

基础(Ground)-不移动的主体。其它主体相对于基础运动。

接头Ooints)•特定的连接类型(例如销钉接头、滑块接头和球接头)。

运动(Kinematics)-探讨机构的运动，而不考虑移动机构所需的力。

环连接(LoopConnection)-添加到运动环中的最终一个连接。

运动(Motion)-主体受电动机或负荷作用时的移动方式。

放置约束(团acementConstraint)•组件中放置元件并限制该元件在组件中运动的

图元。

回放(Playback)-记录并重放分析运行的结果。

伺服电动机(ServoMotor)-定义一个主体相对于另一个主体运动的方式。可在接

头或几何图元上放置电动机，并可指定主体间的位置、速度或加速度运动。

LCS-及主体相关的局部坐标系。LCS是及主体中定义的第一个零件相关的缺省坐

标系。

UCS-用户坐标系。

WCS-全局坐标系。组件的全局坐标系，它包括用于组件及该组件内全部主体的全

局坐标系。

运动分析的定义

在满足伺服电动机轮廓和接头连接、凸轮从动机构、槽从动机构或齿轮副连接的要

求的状况下，模拟机构的运动。运动分析不考虑受力，它模拟除质量和力之外的运

动的全部方面。因此，运动分析不能运用执行电动机，也不必为机构指定质量属性。

运动分析忽视模型中的全部动态图元，如弹簧、阻尼器、重力、力/力矩以及执行电

动机等，全部动态图元都不影响运动分析结果，

假如伺服电动机具有不连续轮廓，在运行运动分析前软件会尝试使其轮廓连续，假

如不能使其轮廓连续，则此伺服电机将不能用于分析。

运用运动分析可获得以下信息：

几何图元和连接的位置、速度以及加速度

元件间的干涉

机构运动的轨迹曲线

作为Pro/ENGINEER零件捕获机构运动的运动包络

重复组件分析

WF2.0以前版本里的''运动分析〃，在WF2.0里被称为''重复组件分析〃。它及运动分

析类似，全部适用于运动分析的要求及设定，都可用于重复组件分析，全部不适于

运动分析的因素，也都不适用于重复组件分析。重复组件分析的输出结果比运动分

析少，不能分析速度、加速度，不能做机构的运动包络。

运用重复组件分析可获得以下信息：

几何图元和连接的位置

元件间的干涉

机构运动的轨迹曲线

运动分析工作流程

创建模型：定义主体，生成连接，定义连接轴设置，生成特别连接

检查模型：拖动组件，检验所定义的连接是否能产生预期的运动

加入运动分析图元：设定伺服电机

打算分析：定义初始位置及其快照，创建测量

分析模型：定义运动分析，运行

结果获得：结果回放，干涉检查，查看测量结果，创建轨迹曲线，创建运动包络

装入元件时的两种方式：接头连接及约束连接

向组件中增加元件时，会弹出''元件放置〃窗口，此窗口有三个页面：''放置〃、''移动〃、

''连接〃。传统的装配元件方法是在''放置''页面给元件加入各种固定约束，将元件的

自由度削减到0,因元件的位置被完全固定，这样装配的元件不能用于运动分析（基

体除外）。另一种装配元件的方法是在''连接''页面给元件加入各种组合约电如''销

钉〃、''圆柱〃、''刚体〃、'旺求〃、、'6DOF〃等等，运用这些组合约束装配的元件，因自由

度没有完全消退（刚体、焊接、常规除外），元件可以自由移动或旋转，这样装配的

元件可用于运动分析。传统装配法可称为''约束连接〃，后一种装配法可称为''接头连

接〃。

约束连接及接头连接的用同点：都运用PROE的约束来放置元件，组件及子组件的

关系相同。

约束连接及接头连接的不同点：约束连接运用•个或多个单约束来完全消退元件的

自由度，接头连接运用一个或多个组合约束来约束元件的位置。约束连接装配的目

的是消退全部自由度，元件被完整定位，接头连接装配的目的是获得特定的运动，

元件通常还具有一个或多个自由度。

''元件放置〃窗口：（ydl）

接头连接的类型

接头连接所用的约束都是能实现特定运动（含固定）的组合约束，包括：销钉、圆柱、

滑动杆、轴承、滑面、球、6D0F、常规、刚性、焊接，共10种。

销钉：由一个轴对齐约束和一个及轴垂直的平移约束组成。元件可以绕轴旋转，具

有1个旋转自由度，总自由度为1。轴对齐约束可选择直边或轴线或圆柱面，可反

向；平移约束可以是两个点对齐，也可以是两个平面的对齐/配对，平面对齐/配对

时，可以设置偏移量。

圆柱：由一个轴对齐约束组成。比销钉约束少了•个平移约束，因此元件可绕轴旋

转同时可沿轴向平移，具有1个旋转自由度和1个平移自由度，总自由度为2。轴

对齐约束可选择直边或轴线或圆柱面，可反向，

滑动杆：即滑块，由一个轴对齐约束和一个旋转约束（事实上就是一个及轴平行的平

移约束）组成。元件可滑轴平移，具有1个平移自由度，总自由度为1。轴对齐约束

可选择直边或轴线或圆柱面，可反向。旋转约束选择两个平面，偏移量依据元件所

处位置自动计算，可反向。

轴承：由•个点对齐约束组成。它及机械上的''轴承〃不同，它是兀件（或组件）上

的一个点对齐到组件（或元件・）上的一条直边或轴线上，因此元件可沿轴线平移并

随意方向旋转，具有1个平移自由度和3个旋转自由度，总白由度为4。

平面：由一个平面约束组成，也就是确定了元件上某平面及组件上某平面之间的距

离（或重合）。元件可绕垂直于平面的轴旋转并在平行于平面的两个方向上平移，具

有1个旋转自由度和2个平移自由度，总自由度为3。可指定偏移量，可反向。

球：由一个点对齐约束组成。元件上的一个点对齐到组件上的•个点，比轴承连接

小了一个平移自由度，可以围着对齐点随意旋转，具有3个入旋转自由度，总自由

度为3。

6D0F：即6自由度，也就是对元件不作任何约束，仅用一个元件坐标系和一个组件

坐标系重合来使元件及组件发生关联。元件可随意旋转和平移，具有3个旋转自由

度和3个平移自由度，总自由度为6。

刚性：运用•个或多个基本约束，将元件及组件连接到•起。连接后，元件及组件

戌为一个主体，相互之间不再有自由度，假如刚性连接没有将自由度完全消退，则

元件将在当前位置被''粘〃在组件上。假如将一个子组件及组件用刚性连接，子组件

内各零件也将一起被''粘〃住，其原有自由度不起作用。总自由度为0。

焊接：两个坐标系对齐，元件自由度被完全消退。连接后，元件及组件成为一个主

体，相互之间不再有自由度。假如将一个子组件及组件用焊接连接，子组件内各零

件将参照组件坐标系发按其原有自由度的作用，总自由度为0o

接头连接类型：（yd2）

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接头连接约束：常规

常规：也就是自定义组合约束，可依据须要指定一个或多个基本约束来形成一个新

的组合约束，其自由度的多少因所用的基木约束种类及数量不同而不同。可用的基

本约束有：匹配、对齐、插入、坐标系、线上点、曲面上的点、曲面上的边，共7

种。在定义的时候，可依据须要选择•种，也可先不选取类型，干脆选取要运用的

对象，此时在类型那里起先显示为''自动〃，然后依据所选择的对象系统自动确定一

个合适的基本约束类型。

常规一匹配/对齐：对齐）。单一的''匹配/对齐''构成的自定义组合约束转换为约束连

接后，变为只有一个''匹配/对齐〃约束的不完整约束，再转换为接头约束后变为''平

面〃连接。0U这两个约束用来确定两个平面的相对位置，可设定偏距值，也可反向。

定义完后，在不修改对象的状况下可更改类型（匹配

常规一插入：选取对象为两个柱面。单•的''插入〃构成的自定义组合约束转换为约

束连接后，变为只有一个''插入〃约束的不完整约束，再转换为接头约束后变为''圆柱〃

连接。

常规一坐标系：选取对象为两个坐标系，及6DOF的坐标系约束不同，此坐标系将

元件完全定位，消退了全部自由度。单一的‘'坐标系''构成的自定义组合约束转换为

约束连接后，变为只有一个‘'坐标系'’约束的完整约束，再转换为接头约束后变为''焊

接〃连接。

常规一线上点：选取对象为一个点和一条直线或轴线。及''轴承〃等效。单一的''线上

点〃构成的自定义组合约束转换为约束连接后，变为只有一个''线上点〃约束的不完整

约束，再转换为接头约束后变为''轴承〃连接。

常规一曲面上的点：选取对象为•个平面和一个点。单一的''曲面上的点〃构成的自

定义组合约束转换为约束连接后，变为只有一个''曲面上的点〃约束的不完整约束，

再转换为接头约束后仍为单一的''曲面上的点〃构成的自定义组合约束。

常规一曲面上的边：选取对象为一个平面/柱面和一条直边。单一的''曲面上的点〃构

成的自定义组合约束不能转换为约束连接。

自由度及冗余约束

自由度（DOF）是描述或确定一个系统（主体）的运动或状态（如位置）所必需的

独立参变量（或坐标数）。一个不受任何约束的自由主体，在空间运动时，具有6

个独立运动参数（自由度），即沿XYZ三个轴的独立移动和绕XYZ三个轴的独立转

动，在平面运动时，则只具有3个独立运动参数（自由度），即沿XYZ三个轴的独

立移动。

主体受到约束后，某些独立运动参数不再存在，相对应的，这些自由度也就被消退。

当6个自由度都被消退后，主体就被完全定位并且不行能再发生任何运动。如运用

销钉连接后，主体沿XYZ三个轴的平移运动被限制，这三个平移自由度被消退，主

体只能绕指定轴（如X轴）旋转，不能绕另两个轴（YZ轴）旋转，绕这两个轴旋转

的自由度被消退，结果只留卜一个旋转自由度，

冗余约束指过多的约束。在空间里，要完全约束住一个主体，须要将三个独立移动

和三个独立转动分别约束住，假如把一个主体的这六个自由度都约束住了，再另加

一个约束去限制它沿X轴的平移，这个约束就是冗余约束。

合理的冗余约束可用来分摊主体各部份受到的力，使主体受力匀称或削减磨擦、补

偿误差，延长设备运用寿命。冗余约束对主体的力状态产生影响，对主体的对运动

没有影响。因运动分析只分析主体的运动状况，不分析主体的力状态，在运动分析

时，可不考虑冗余约束的作用，而在涉及力状态的分析里，必须要适当的处理好冗

余约束，以得到正确的分析结果。系统在每次运行分析时，都会对自由度进行计算。

并可创建一个测量来计算机构有多少自由度、多少冗余。

PROE的帮助里有一个门校链的例子来讲冗余及自由度的计算，但其分析实丰有欠

妥当，各位想精确计算模型的自由度的话，请找机构设计方面的书来细致探讨一番。

这也不是几句话能说明白的，我这里只提一下就是了，不再详.

约束转换

接头连接及约束连接可相互转换。在''元件放置〃窗口的''放置〃页面和''连接''页面里，

在约束列表下方，都有•个''约束转换〃按钮。运用此按钮可在任何时候依据须要将

接头连接转换为约束连接，或将约束连接转换为接头连接。

在转换时，系统依据现有约束及其对象的性质自动选取最相配的新类型。如对系统

自动选取的结果不满足，可再进行编辑。转换的规则，可参考PROE的自带帮助。

不过，没有很好的空间想像力和耐性的兄弟就不用看了。

须要记住的一个：曲线上的点、曲面上的点、相切约束，在转换时是不会转换成常

规连接的。

下图显示''约束转换〃和''反向〃按钮：（yd3）

基础及重定义主体

基础是在运动分析中被设定为不参及运动的主体。

创建新组件时，装配（或创建）的第一个元件自动成为基础。

元件运用约束连接（'、元件放置〃窗口中''放置〃页面）及基础发生关系，则此元件也

成为基础的一部份。

假如机构不能以预期的方式移动，或者因两个零件在同•主体中而不能创建连接，

就可以运用''重定义主体〃来确认主体之间的约束关系及删除某些约束。

进入''机构〃模块后，''编辑〃一＞''重定义主体''进入主体重定义窗口，选定一个主体，

将在窗口里显示这个主体所受到的约束（仅约束连接及''刚体〃接头所用的约束）。可

以选定一个约束，将其删除。假如删除全部约束，元件将被封装。

''重定义主体〃窗口:（yd4）

凸轮连接，就是用凸轮的轮廓去限制从动件的运动规律。PROE里的凸轮连接，运

用的是平面凸轮。但为了形象，创建凸轮后，都会让凸轮显示出肯定的厚度（深度）。

凸轮连接只须要指定两个主体上的各•个（或•组）曲面或曲线就可以了。定义窗

口里的''凸轮1尔凸轮2〃分别是两个主体中任何一个，并非从动件就是''凸轮2〃。

假如选择曲面，可将''自动选取〃复选框勾上，这样，系统将自动把及所选曲面的邻

接曲面选中，假如不用''自动选取〃，须要选多个相邻面时要按住Ctrl。

假如选择曲线/边，''自动选取〃是无效的。假如所选边是直边或基准曲线，则还要指

定工作平面（即所定义的二维平面凸轮在哪一个平面上）。

凸轮•般是从动件沿凸轮件的表面运动，在PROE里定义凸轮时，还要确定运动的

实际接触面。选取了曲面或曲线后，将会出线•个箭头，这个箭头指示出所选曲面

或曲线的法向，箭头指向哪侧，也就是运动时接触点将在哪侧。假如系统指示出的

方向及想定义的方向不同，可反向。

关于''启用升离〃，打开这个选项，凸轮运转时，从动件可离开主动件，不运用此选

项时，从动件始终及主动件接触。启用升离后才能定义''复原系数〃，即''启用升离〃

复选框下方的那个、'e〃。

因为是二维凸轮，只要确定了凸轮轮廓和工作平面，这个凸轮的形态及位置也就算

定义完整了。为了形象，系统会给这个二维凸轮显示出一个厚度（即深度）。通常我

们可不必去修改它，运肝'自动〃就可以了。也可自己定义这个显示深度，但对分析

结果没有影响。

须要留意：

A.所选曲面只能是单向弯曲曲面（如拉伸曲面，不能是多向弯曲曲面（如旋转出来

的鼓形曲面）。

B.所选曲面或曲线中，可以有平面和直边，但应避开在两个主体上同时出现。

C.系统不会自动处理曲面（曲线）中的尖角/拐点/不连续，假如存在这样的问题，

应在定义凸轮前适当处理。

凸轮可定义'‘升离复原系数〃及''磨擦

凸轮定义窗口：（yd5）

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特别连接:齿轮连接

齿轮连接用来限制两个旋转轴之间的速度关系，在PROE中齿轮连接分为标准齿轮

和齿轮齿条两种类型。标准齿轮需定义两个齿轮，齿轮齿条需定义一个小齿轮和一

个齿条。一个齿轮（或齿条）由两个主体和这两个主体之间的一个旋转轴构成。因

此，在定义齿轮前，需先定义含有旋转轴的接头连接（如销钉）。

定义齿轮时，只需选定由接头连接定义出来的及齿轮本体相关的那个旋转轴即可，

系统自动将产生这根轴的两个主体设定为''齿轮〃（或''小齿轮〃、''齿条〃）和''托架〃，

''托架〃一般就是用来安装齿轮的主体，它一般是静止的，假如系统选反了，可用''反

向'‘按钮将齿轮及托架主体交换。''齿轮2〃或''齿条〃所用轴的旋转方向是可以变更的,

点定义窗口里''齿轮2〃轴右侧的反向按钮就可以，点中后画面会出现一个很粗的箭

头指示此轴旋转的正向。

速比定义：在''齿轮副定义“窗口的"齿轮1〃、齿轮2〃、''小齿轮〃页面里,都有一个

输入节圆直径的地方，可以在定义齿轮时将齿轮的实际节圆直径输入到这里。在''属

性''页面里，''齿轮比齿条比〃）有两种选择，一是''节圆直径〃，一是''用户定义的

选择''节圆直径〃时，DI、D2由系统自动依据前两个页面里的数值计算出来，不行

改动。选择''用户定义的''时，DI、D2须要输入，此状况下，齿轮速度比由此处输

入的DI、D2确定，前两个页面里输入的节圆直径不起作用。速度比为节圆直径比

的倒数，即：齿轮1速度/齿轮2速度=齿轮2节圆直径/齿轮1节圆直径=口2/口1。

齿条比为齿轮转一周时齿条平移的距离，齿条比选择''节圆直径〃时，其数值由系统

依据小齿轮的节圆数值计算出来，不行改动，选择''用户定义的''时，其数值须要输

入，此状况下，小齿轮定义页面里输入的节圆直径不起作用。

图标位置：定义齿轮后，每一个齿轮都有一个国标，以显示这里定义了一个齿轮，

一条虚线把两个图标的中心连起来。默认状况下，齿轮图标在所选连接轴的零点，

图标位置也可自定义，点选一个点，图标将平移到那个点所在平面上。图标的位置

只是一视觉效果，不会对分析产生影响。

要留意的事项：

A.PROE里的齿轮连接，只须要指定一个旋转轴和节圆参数就可以了。因此，齿轮

的具体形态可以不用做出来，即使是两个圆柱，也可以在它们之间定义一个齿轮连

接。

B.两个齿轮应运用公共的托架主体，假如没有公共的托架主体，分析时系统招创

建一个不行见的内部主体作为公共托架主体，此主体的质量等于最小主体质量的千

分之一。并且在运行及力相关的分析（动态、力平衡、静态）时，会提示指出没有

公共托架主体。

齿轮定义窗口：（yd6）

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特别连接:槽连接

槽连接是两个主体之间的•个点-一曲线连接。从动件上的一个点，始终在主动件上

的一根曲线（3D）上运动。槽连接只使两个主体按所指定的要求运动，不检查两个主

体之间是否干涉，点和曲线甚至可以是零件实体以外的基准点和基准曲线，当然也

可以在实体内部。

曲线可以是任何一组相邻曲线（即要求相连，不必相切），可以是基准曲线，也可以

是实体/曲面的边，可以是开放的，也可以是封闭的。

点可以是任何一个基准点或顶点，但只能是零件中的，组件中的点不能用于槽连接。

运动时，从动件上的点始终在主动件上的指定曲线上，假如曲线是一条（组）开放

曲线，则此曲线（曲线组）的首末两个端点为槽的默认端点，假如是一条（组）封

闭曲线，则默认无端点。假如希望运动区间不是在整条曲线（曲线组）上，而只是

在其中的•段上，则须要自定义槽的端点。对于开放曲线（曲线组），只要指定新的

端点就可以了，对于封闭曲线，指定两个新端点后，系统自动选取被两端点分割出

的两段曲线中的一段为运行区间，假如不是所须要的，点''反向〃选取另一段。定义

槽端点可选取基准点、顶点、曲线/边/曲面，假如选的是曲线/边/曲面，则槽端点

为槽曲线及所选曲线/边/曲面的交点。

槽连接可定义'复原系数〃及''磨擦〃。

槽连接定义窗口：（yd7）

宿及玷粒福庄M定义

名称

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图元|属性|

从动机构点-------

、||ROD」N_SHORT：PNTI

梧勺线.=:

一||ROD_IN_LOXG：曲茂

槽端点

开始

JLII

终止-------------------------------1

上11

确定I取消IbY.曲》氐长

拖动及快照

拖动，是在允许的范围内移动机械。快照，对机械的某一特别状态的记录。可以运

用拖动调整机构中各零件的具体位置，初步检查机构的装配及运动状况，并可将其

保存为快照，快照可用于后续的分析定义中，也可用于绘制工程图。

''机构拖动〃，进入''拖动〃窗口，此窗口具有一个工具栏，工具栏左第一个按钮

为''保存快照〃，即将当前屏幕上的状态保存为一个快照，左其次个按钮为''点拖动〃,

即点取机构上的•个点，移动鼠标以变更元件的位置，左第三个按钮为''主体拖动〃,

选取•个主体，移动鼠标以变更元件的位置。右侧两个按钮为''撤消〃和''复原〃，每

一次拖动，系统都会记录入内存，运用此两按钮，可查看已做的各次拖动的结果」快

照〃虫和''约束〃页，分别有一个列表，显示当前已经定义的快照和为当前拖动定义的

临时约束。

快照列表左侧有一列工具按钮，第一个为显示当前快照，即将屏幕显示刷新为选定

快照的内容；其次个为从其它快照中把某些元件的位置提取入选定快照；第三个为

刷新选定快照，即将选定快照的内容更新为屏幕上的状态；第四个为绘图可用，使

选定快照可被当做分解状态运用，从而在绘图中运用，这是一个开关型按钮，当快

照可用于绘图时，列表中的快照名前会有一个国标；第五个是删除选定快照。

约束列表显示已为当前拖动所定义的临时约束，这些临时约束只用于当前拖动操作,

以进一步限制拖动时各主体之间的相对运动。

''高级拖动选项〃供应了一组工具，用于精确限定拖动时被拖动点或主体的运动。

拖动窗口：(yd8)

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复原系数及磨擦

即碰撞系数，其物理定义为两物体碰撞后的相对速度(V2-V1)及碰撞前的相对速

度(V10-V20)的比值，即e=(V2・Vl)/(V10・V20),它的值介于。到1之间。典型

的复原系数可从工程书籍或实际阅历中得到。复原系数取决于材料属性、主体几何

以及碰撞速度等因素。在机构中应用复原系数，是在刚体计算中模拟非刚性属性的

•种方法。完全弹性碰撞的复原系数为lo完全非弹性碰撞的复原系数为Oo橡皮

球的复原系数相对较高。而湿泥土块的复原系数值特别接近Oo

摩擦阻碍凸轮或槽的运动。摩擦系数取决于接触材料的类型以及试验条件。可在物

理或工程书籍中查找各种典型的摩擦系数表。须要分别指定静磨擦系数和动磨擦系

数，且静磨擦系数应大于动磨擦系数。要在力平衡分析中计算凸轮滑动测量，必需

指定凸轮连接的磨擦系数。

复原系数及磨擦可用于凸轮连接和槽连接，也可用于连接轴设置。

连接轴设置

''机构〃一''连接轴设置〃，可为由接头连接（如销钉）产生的连接轴定义一些具体的

属性，包括：连接轴的位置，连接轴的零参照，连接轴的再生位置（用于重复组件

分析），连接轴的运动限制、复原系数及磨擦。

进入此窗口后，需先选取一连接轴，然后再对此轴进行各种设置。

''连接轴位置〃，这里显示的是连接轴的两个零参照间的位置或距离，未变更时，显

示的是当前屏幕上这个位置时的值。假如自己输入一个数值并回车（对于旋转轴，

此数值为-180至IJ180,如超出此范围或超出''属性〃里设置的限制范围，系统将自动

转换成可接受的范围内的值），屏幕上的组件也将临时变更位置以反映当前修改，假

如按了''生成零点〃，则将当前位置设定为连接轴零点，其它测量都从今零点位置起

先。点了''生成零点〃后，''指定参照〃将无效。假如选了''指定参照〃，贝『生成零点〃

无效。''指定参照〃可为连接轴的两个主体分别选定零位置的几何参照。

选取''再生值〃，可让组件在非连接轴零点位置再生，这个用于重复组件分析中。

''启用限制〃，设置接头运动时的最大最小运动范围及复原系数。对于旋转轴，''最小〃

值为・180到180之间且小于最大值，''最大〃值为-180到180之间且大于最小值。

复原系数用来模拟当连接轴运动到限制位置时的冲击力。

''启用磨擦〃，设置接头的两个主体之间相互运动的阻力。需指定静磨擦系数和动磨

擦系数，对于旋转轴，还应指定一个大于零的接触半径值，它用于定义磨擦扭矩作

用于连接轴上的半径。静磨擦系数应大于动磨擦系数。

在任何连接轴上，都不能创建多个连接轴零点°不能为球接头定义连接轴设置。另

外，不能编辑属于多旋转DOF接头（如6DOF或某个•般连接）的旋转连接轴的

连接轴设置。

连接轴设置窗口：（yd9）

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连接轴设置：零点参照的要求

定义旋转轴的零点时，要留意以下事项：

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点一点零点参照：以垂直于旋转轴的方向从每一点绘制向量。这两个向量对连接零

点应重合。这两个点不能位于连接轴上。

点■平面零参照：包含点和旋转连接轴的平面应、F行于为连接零点选取的平•面。该

点不能•位*于连接轴上。,••,•'•

平面■平面零参照：这两个平面在连接零点处平行。两个平面都必需平行于旋转轴。

定义平移轴的零点参照时应留意下列事项：

点一点零参照：在连接零点处，两点之间在平移连接轴方向上的距离将为零。

点-平面零参照：在连接零点处，平面和点之间在平移连接轴方向上的距离将为零。

该平面必需垂直于连接轴。

平面■平面零参照：在连接零点处，平面间的距离为零。两个平面都必需垂直于连接

轴。

定义平面或轴承连接的连接轴零点参照时应留意：

平面连接：为避开不行预料的行为，只能为平面平移轴定义点一点或点-平面零点参

照。同样，只能为平面旋转轴定义平面-平面零点参照。

轴承连接：必需在包含轴承接头方向定义的主体上选取一个点或平面，即具有点-

线约束的直线。系统将此参照及定义轴承连接的点对齐。

伺服电动机

伺服电动机可规定机构以特定方式运动。伺服电动机引起在两个主体之间、单个自

由度内的特定类型的运动。伺服电动机将位置、速度或加速度指定为时间的函数，

并可限制平移或旋转运动。通过指定伺服电动机函数，如常数或线性函数，可以定

义运动的轮廓。可从多个预定义的函数中选取，也可输入自己的函数。可在一个图

元上定义随意多个伺服电动机。

假如为非连续的伺服电动机轮廓选取或定义了位置或速度函数，在进行运动或动态

分析时这个伺服电动机将被忽视。但是，可在重复组件分析中运用非连续伺服电动

机轮廓。当用图形表示非连续伺服电动机时，系统将显示信息指示非连续的点。

伺服电动机分为两种，•种是连接轴伺服电机，用于定义某一旋转轴的旋转运动，

一种是几何伺服电机，用于创建困难的运动，如螺旋运动。连接轴伺服电机只须要

选定一个事先由接头连接（如销钉）所定义的旋转轴，并设定方向即可，连接轴伺

服电机可用于运动分析。几何伺服电机须要选取从动件上的一个点/平面，并选取另

一个主体上的一个点/平面作为运动的参照，并需确定运动的方向及种类，几何伺服

电机不能用于运动分析。

连接轴伺服电机选取一根旋转轴，并指定方向，

几何伺服电机依据选取的对象分以下几种：

从动''点〃，参照''点"，平移；从动''点〃，参照''平面〃，旋转；从动''平面〃，参照''平面〃,

旋转；从动''点〃，参照''平面〃，平移；从动''平面〃，参照''平面〃，平移。其中，前三

种须要再选取一条直边来定义运动方向，后两种不须要。

电机轮廓也即是从动件的运动规律，对于平移运动，它是长度（单位：mm）对时

间的函数，对于旋转，它是角度（单位：度）对时间的函数。点最下方的''图形〃按

钮，将会以图形的方式显示出电机的轮廓，其横轴就是时间，其纵轴，就是位置或

速度或加速度。''模〃定义的就是图形的形态，''规范"里定义的就是''模〃所定义的图形

的纵轴所代表的意义。模有九种：常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项

式、表、用户定义的。规范有三种：位置、速度、加速度。其中模里的SCCA这一

种，只能用于描述加速度（即对应的''规范〃只能是加速度）。''规范〃为位置时，无需

自己定义初始位置，为速度时，需定义''初始角"，为加速度时，需定义',初始角〃和''初

始角速度〃，默认位置为当前屏幕上的位置。

点''规范〃下的那个按钮，可进入''连接轴设置〃窗口，对当前电机所用的连接轴进行

设置。

伺服电动机定义窗口：（ydlO）

2<Je佑iiscu即机定义

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IServolotor1|Servo*otorl|

类型|抬脚|

从动80元

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反向1

运动女型

编本］应用|取出|

I♦定I应用］取消|

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电动机的轮廓（模）

电动机的模用来描述电动机的轮廓，定义模时，需选定模函数并输入函数的系数值。

对于伺机服电动机，函数中的X为时间，对于执行电动机，函数中的X为时间或选

取的测量参数。

模函数一共有九种：常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项式、表、用户

定义的。

下面先说说常数、斜坡、余弦、摆线、抛物线、多项式这六种。

常数，函数为q=A,A为一常数。此用于须要恒定轮廓时。

斜坡，即线性，函数为q=A+B*X,A为一常数，B为斜率。用于轮廓随时间做线性

变更时。

余弦，函数为q=A*cos(360*X/T+B)+C,A为幅值，B为相位，C为偏移量。用于

轮廓呈余弦规律变更时。

摆线，函数为4=12^</『1_*©鼠2*吸乂/丁)/2*%1.为总高度，T为周期。用于模拟凸

轮轮廓输出。

抛物线，函数为q-A*X+(l/2)*B*X人2,A为线性系数，B为二次项系数。用于模拟

电动机的轨迹。

多项式，函数为q=A+B*X+C*X人2+D*X八3,A为常数，B为线性系数，C为二次

项系数，D为三次项系数。用于模拟一般的电动机轨迹。

电动机的模:SCCA

此函数只能用于加速度伺服电机，不能用于执行电机。它用来模拟凸轮轮廓输出。

它称做''正弦-常数・余弦•加速度〃运动，缩写为SCCA。它一共有五个参数：

A=渐增加速度归一化时间部分

B=恒定加速度归一化时间部分

C=递减加速度的归一化时间部分

H=幅值

T二周期

其中A+B+C=1,用户必需供应A和B的值、幅值和周期。

SCCA设置的值按下表计算：

y=H*sin[(t*pi)/(2*A)]0<=t<A时

y=HA<=t<(A+B)

时

y=H*cos[(t-A-B)*pi/(2*C)](A+B)v=tv(A+B+2C)

时

y=-H(A+B+2C)<=t

<(A+2B+2C)时

y=-H*cos[(t-A-2B-2C)*pi/(2*A)](A+2B+2C)<=t<=2*(A+

B+C)时

上式中的t是归一化时间，按下式进行计算：

t-ta*2/T(匕:实际时间；T：SCCA轮廓周期)

假如ta大于T,轮廓将重复自身。

电动机的模:七种函数图例

下图给出了七种函数的模所代表的电机轮廓。各函数的参数值：

常数：A=8o

斜坡(线性)：A=18,B=-1.2o

余弦：A=6zB=40,C=3zT=5o

摆线：L=12,T=8

抛物线：A=4,B=-0.6

多项式：A=7,B=-1.5ZC=1,D=-0.1

SCCA：A=0.4,B=0.3ZH=5,T=10

图例：(ydll)

电动机的模：表

电动机的模类型选择为''表〃，也就是指定N个点，以这些点为节点，按线性或样条

插值的方式构建一条通过全部点的曲线，这条曲线就是电动机的轮廓。如电动机的

模是指定给''位置〃或''速度〃的（即''规范〃为位置或速度），插值方式可选''线性拟合〃

或'样条拟合"之一，如是指定给''加速度〃并用于伺服电机（即''规范〃为加速度），则

播值方式只能是''线性拟合〃。样条拟合构建的曲线比线性拟合构建的曲线平滑一点。

类型选为''表〃后，在''模”类型的下方会出现一个列表框，可用框右侧的''增加行7'删

除行〃来向列表中加增加或删除行。这个表由N行两列构成，第•列是时间（即电

机轮廓的横轴，如是执行电机或力，也可能是别的测量变量而不是时间），其次列是

模（即电机轮廓的纵轴）。每一行有一个时间值和一个模值，这两个数代表电机轮廓

上的一个点。输入时要留意的时，时间列只能是递增或递减的。

下图示例的取值为:第一列:1,2,3,4,5；其次列:5,8,11/5,22；线性拟合。（ydl2）

创建并执行运动分析

、、机构〃・一、、分析〃一・''新建〃。

类型里选择'‘运动学''或"重复的组件〃。然后设置''优先选项〃页和''电动机''页。对于运

动分析和重复组件分析，''外部负荷〃页是不行用的。

''优先选项〃虫里设置运动的起止时间及定义动画时域，并可设定主体锁定、连接锁

定及初始位置。主体锁定使两个主体在运动分析（或重复组件分析）期间不做相对

运动，由接头连接设定的自由度在分析期间不起作用。连接锁定使选定的连接在分

析期间保持当前配置。设置主体锁定需选择一个先导主体，假如选择先导主体时用

了中键，则用基体作为先导主体。连接锁定可以用于接头连接、凸轮连接、槽连接,

不能用于齿轮连接，对十齿轮副，只能锁定产生齿轮轴的接头连接。初始位置选取

当前位置作为分析起点，或用一从前保存的快照作分析起点。

''电动机〃页里设置用于分析的电动机。对于运动分析和重复组件分析，只能用连接

轴伺服电动机，几何伺服电动机及执行电动机都不行用。可以设定各个电动机的作

用时间，以实现多个电动机分时段起作用。

定义结束后点''运行〃，籽执行分析，并产生一个结果集。

分析定义窗口：(ydl3)

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回放：干涉及动画

''回放〃用来查看机构中零件的干涉状况、将分析的不同部分组合成•段影片、显示

力和扭矩对机构的影响，以及在分析期间跟踪测量的值。可以将运动分析结果捕获

为MPEG动画文件或一系列的JPG、TIF或BMP文件。可以创建运动包络。''机

构〃回放"，启动炯放〃窗口。在''结果集''里，选择将用于回放的运动分析(或重

复组件分析)结果集。

''干涉〃页面设置干涉检查选项。检查模式有四种：无干涉、快速检查、两个零件、

全局干涉。''无干涉〃即不检查干涉；''快速检查〃是进行较低层次的检查，选用此模

式将自动选中''停止回放〃选项；''两个零件〃是只检查所选定的两个零件之间的干涉

状况；''全局干涉〃是检查全部零件的全部类型的干涉。检查选项有两个：包括面组、

停止回放。''包括面组〃是曲面也将参及干涉检查；''停止回放〃是一旦检查到干涉，

回放就停止。

''影片进度表〃页设置回放的结果片段。''显示时间〃，如选中，则在回放时会在屏幕

左上角显示回放已进行的时间。缺省进度表''选中则回放整个结果集，如取消此项，

则在其下方的时间段列表启动，可.自己输入要播放的时间段，假如输入多个时间段，

则按从上到下的次序依次播放，同一时间段可多次输入，以实现此小段的重复播放，

如某时间段的''起先''时间大于''结束〃时间，则此小段将反向播放。要修改某一时间

段的起止时间，先在列表中选中此时间段，再输入新的起先、结束时间，点''更新〃

按钮确认修改。默认状况下，''显示时间〃和''缺省进度表〃都是选中的。

回放分析结果时，可显示代表及分析相关的测量、力、扭矩、重力和执行电动机的

大小和方向的三维箭头。运用显示箭头可查看负荷对机构的相对影响。对于力、线

性速度和线性加速度矢量，显示单头箭头，对于力矩、角速度和角加速度矢量显示

双头箭头。箭头的颜色取决于测量或负荷的类型。回放分析结果时，箭头的大小将

变更，以反映测量值、刀或扭矩的计算值。箭头方向随计算矢量方向而变更。''显示

箭头"页里的''测量''列表中，列出所选结果集中全部可用箭头显示的测量，''输入负

荷''列表中，列出所选结果集中全部可用箭头显示的负荷。

设置好以上各参数后，点''回放〃窗口左上角的''播放〃按钮，则进入''动画"窗口。在此

窗口可按前面的设置对回放结果进行动画演示。''捕获〃按钮，可将动画结果保存为

MPEG动画文件或•系列的JPG、TIF或BMP文件。选中''照片级渲染帧〃，输出结

果的图片质量较高。

回放窗口：(yd14)

raw

动画捕获：（ydl5）

图像有小

亮度|640像泰

高度［586僖毫

P锁定长克比

二质丸一

r照片级演缢帧

帧烟

|25帆/秒3

确定］取消］

bv通片大使一=______

回放：可用箭头显示的测量及负荷

不是全部的测量及负荷都可以用箭头显示。

可用箭头显示的测量有：

连接反作用（接头）:青色箭头。顶端位于指定连接轴、指向接头的DOF方向。

连接反作用（凸轮）:青色箭头。法向反作用力，顶端位于两个凸轮的接触点处，指向

凸轮的法线方向。切向反作用力，顶端位于两个凸轮的接触点处，并指向凸轮的切

线方向。

连接反作用（槽）:青色箭头。顶端指向从动点和槽之间的接触点处。

连接反作用（齿轮副）:青色箭头。顶端指向在上面施加了力或扭矩的齿轮体。

净负荷:洋红色箭头。在用于定义图元的点之间延长，对于电动机它指向连接轴，对

于力它指向点，对于扭矩、点对点弹簧和阻尼器它指向主体的质心。箭头指向所施

加的力的方向。

测力计反作用：深绿色箭头。指向力的作用点且及力同向。

速度：黄色箭头。顶端位于指定点或连接轴、指向运动方向。

加速度：红色箭头。顶端位于指定点或连接轴、指向运动方向。

重量：棕色箭头。指向重力加速度方向。

距离间隔:顶端位于指定点，指向彼此相背离的两个共线的洋红色箭头。

速度间隔:顶端位于指定点的两个共线的黄色箭头。当点作相互远离而运动时，速度

值为负，并且显示箭头的指向彼此相对。当点彼此相对运动时，速度值为正，并且

显示箭头的指向彼此远离。

加速度间隔:顶端位于指定点的两个共线的红色箭头，对于负值其指向彼此相对.，对

于正值其指向彼此远离。

只有计算方法为''每一时间步距〃的以上各种测量才会出现在''回放〃窗口的''显示箭